§ 58. Возведение фундаментов из опускных колодцев и кессонов

Колодцы, изготовляемые на месте опускания

Комплекс работ по возведению каждого фундамента включает подготовку площадки для бетонирования и опускания колодца, его изготовление, погружение в грунт и устройство бетонной подушки в основании колодца или же заполнение его полости бетонной смесью.

Способ изготовления и погружения колодцев в грунт выбирают в зависимости от их конструкции, глубины водотока, скорости течения воды, физико-механических свойств грунтов, в которые заглубляют колодцы, и результатов технико-экономического сопоставления различных вариантов производства работ.

На суходолах колодцы изготовляют или же монтируют из сборных элементов на предварительно спланированной площадке. В пределах русла реки колодцы бетонируют и опускают, как правило, с искусственных островков, отсыпаемых из песчаных или гравийно-песчаных грунтов методом гидромеханизации. При глубине водотока до 2 м и скорости течения, исключающей возможность размыва грунта, островки отсыпают с естественными откосами (рис. 9.11,а). С увеличением глубины водотока возрастает объем островков, а главное они начинают сильно стеснять живое сечение реки, что приводит к размывам дна и самих островков, поэтому при глубине водотока более 2 м островки отсыпают в ограждения, сооружаемые из деревянных щитов, ряжей или деревянного шпунта (рис. 9.11,6). Если глубина водотока превышает 6 м, островки отсыпают в ограждения из стального шпунта (рис. 9.11,в) или из специально изготовленных оболочек — преимущественно круглой в плане формы.

Рис. 9.11. Схемы искусственных островков для изготовления и опускания колодцев а — островок с естественными откосами; б — островок в деревянном шпунтовом ограждении; в — островок в цилиндрическом ограждении из стального шпунта


Рис. 9.12. Схемы опускания колодцев а — со стационарных подмостей; б — с плавучих подмостей; 1 — сборно-разборные подмости для изготовления нижней секции колодца; 2 — полиспасты; 3 — несущая бялка; 4 — нижняя секция колодца; 5 — свайно-рамные подмости; 6 — надстройка из инвентарных конструкций; 7 — понтоны КС

В тех случаях, когда по каким-либо причинам сделать островок невозможно или экономически нецелесообразно, первую секцию колодца изготовляют на подмостях над местом погружения в грунт (рис. 9.12,а) или же на берегу с последующей доставкой на место и опусканием с помощью плавучих подмостей (рис. 9.12,6). В подобных случаях нижнюю секцию колодца целесообразно делать из железобетона со стенами толщиной 15—20 см, а верхние секции — бетонными со стенами, толщину которых назначают исходя из веса, требуемого для нормального опускания колодца в грунт.

Для разработки грунтов и удаления их из колодцев используют грейферы. При опускании колодцев в водо-насыщенные пески на глубину более 15 м целесообразно использовать эрлифт, поскольку такие грунты легко вымываются из ковша грейфера при его подъеме через значительную толщу воды.

Иногда колодцы «зависают» в грунте из-за того, что их собственного веса оказывается недостаточно для преодоления сил трения грунта о боковую поверхность колодца. В таких случаях практикуют увеличение веса колодца или же стремятся уменьшить силы трения. Для утяжеления колодца его нагружают очередной секцией или дополнительно пригружают камнем, грунтом, бетонными массивами и т. п. Для уменьшения сил трения применяют подмыв, который осуществляют путем подачи напорной воды через систему трубок, расположенных в двух-трех ярусах по высоте колодца (слева на рис. 9.13). Хорошие результаты получают при использовании так называемой «тиксотропной рубашки», представляющей собой слой глинистого раствора толщиной 10—12 см, который, окружая колодец по периметру (справа на рис. 9.13), изолирует его от соприкосновения с грунтом, вследствие чего резко снижаются силы трения грунта о боковую поверхность колодца; остается только трение в пределах его нижней части. Иногда для этой цели используют воду.

Рис. 9.13. Схема опускного колодца с устройствами для подмыва грунта (слева) и для создания тиксотропной рубашки (справа) 1 —стена колодца; 2 — трубка для подачи воды; 3 — то же, глинистого раствора; 4— ограждение (форшахта) от осыпания грунта; 5 — тиксотропная рубашка; 6 — водоразводящая трубка


Рис. 9.14. Фундамент опоры железнодорожного моста

После заглубления колодца в грунт до проектной отметки производят освидетельствование основания, чтобы удостовериться в его надежности и соответствии проекту. Затем в нижней части колодца бетонируют подушку, а шахты заполняют песком или бетонной смесью, укладываемой насухо или же под воду. При отсутствии сплошного бетонного заполнения в верхней части колодца сооружают железобетонную плиту, на которой впоследствии будет возведена надфундаментная часть опоры.

В отечественной практике строительства фундаментов из опускных колодцев для облегчения их заглубления в грунт иногда сочетают устройство уступов с приданием боковой поверхности наружных стен колодца наклонного положения. Так, для фундаментов опор одного из железнодорожных мостов применили колодцы с трехъярусной ступенчатой формой боковой поверхности стен (рис. 9.14), имевшей наклон 100 : 1 в пределах каждого яруса и уступы шириной по 4 см. Небольшой наклон поверхности стен и небольшой размер уступов назначены для предотвращения возможного появления недопустимых перекосов колодца при опускании его через песчаные грунты до опирания на глины. Подобное решение способствовало сокращению на несколько процентов объема бетонной кладки, однако заметно усложнило работы по устройству опалубки наружных стен.

При сооружении колодцев в период низких отрицательных температур, а также для ускорения работ и сокращения затрат труда при строительстве фундаментов применяют сборные конструкции. Например, в районах Забайкалья и Дальнего Востока применили сборные колодцы в местах, где на глубине 3—5 м залегали скальные грунты, прикрытые аллювиальными отложениями.

Сборные колодцы (рис. 9.15) состояли из отдельных железобетонных секций высотой 0,5 м и ножа, соединенных между собой вертикальными стальными тяжами диаметром 28—36 мм. Для уменьшения вероятности затирания колодца при погружении его в грунт нож имел наклонную поверхность, выступающую на 10 см за пределы наружной стены колодца. Изготовленные на полигоне секции монтировали на заранее спланированной площадке. В теплое время года на каждую секцию перед установкой последующей укладывали слой цементно-песчаного раствора толщиной 1,5 см. В зимнее время между секциями укладывали металлические прокладки толщиной 15 мм для образования зазоров с последующим заполнением их цементно-песчаным раствором.

По окончании монтажа опускного колодца в отверстия в стенах устанавливали металлические тяжи и стягивали ими секции между собой. Отверстия с закрепленными в них тяжами заполняли цементным раствором. Грунт из полости колодца удаляли грейфером. После опускания колодца до проектной отметки его полость заполнили бетоном.

Особенности изготовления и  опускания  наплавных колодцев

В отличие от колодцев, изготовляемых на месте их погружения или же на берегу, но опускаемых с плавучих подмостей, наплавные колодцы представляют собой конструкцию, которую транспортируют к месту погружения, а также опускают в пределах толщи воды до начала заглубления низа в грунт с использованием собственной плавучести. Наплавные колодцы применяют при глубине водоема более 15 м.

Изготовленную на берегу первую секцию наплавного колодца после спуска на воду и установки над местом опускания раскрепляют с помощью якорей, фиксируя проектное положение ее в плане. После этого, балластируя секцию укладываемой бетонной смесью или водой, сажают ее на дно реки и немного заглубляют в грунт. Дальнейшее погружение производят обычным способом, бетонируя (наращивая) стены.